应用型大学机械制造技术基础课程创新型教学模式探讨

王秋燕，刘 栋，董春兰，郑祥盘

（闽江学院，福州 350108）

随着科技的飞速发展，第四次工业革命的到来，为中国经济社会的发展带来了前所未有的发展机遇，同时它又亟需符合新产业、新业态发展的高素质人才，这也是挑战和使命。应用型大学如何才能适应快速发展的科技社会对人才提出的更高的要求，培养出具有创新精神和实践能力的高层次应用型人才，是目前教育亟需解决的核心问题之一。习近平总书记在闽江学院考察时指出，“社会需要的人才是金字塔形的。高校不仅要培养研究型人才，也要树立应用型办学理念，培养青年一代适应社会需要的技能”。在推进地方本科院校向应用型大学转变的同时，加快构建高水平应用型高等教育体系是重中之重。目标的实现必须在教学改革和人才培养上结合国家和社会需求，具体到每一门课程的创新改革，从课程内容和教学方法到实践教学规划等都以培养具有较强应用型和职业面向型的工程技术人才为定位，实现应用型大学的高等性[1-3]。

机械制造技术基础是理工科专业学生必修的专业课之一，但由于其内容抽象、枯燥，学生对其理解能力存在明显差异，从而导致教学质量和效果不佳。此外，中国机械制造技术正面临着巨大的转折，传统的教学模式已经不能满足新产业、新工艺、新技术对应用型人才培养的新需求，难以培养学生面对复杂多样化产业变化发展的新能力，必须对其进行革新改造，不断创造形成适应社会需求的教学新模式，让课堂教学与实践应用接轨，培养出与时代发展相协调、相匹配、相促进的高技能应用型人才，为社会经济实现创新驱动发展提供更好的人才支撑。

一 现阶段机械制造技术基础课程教学现状

机械制造技术基础是机械类专业的核心课程，在机械专业学生的知识、能力、素质培养体系中占有十分重要的地位。课程中所涉及到的基础知识和技能被广泛应用于汽车制造、航空航天、电子制造和船舶等行业。国内外高校机械类专业均有开设这门课程，该课程不仅具有知识点繁多和交叉性强的特点，还兼具较强的理论性与实践性[4]。随着社会对技术和创新能力的日益关注，培养具有创新精神的高素质人才显得更加迫切。传统的教学模式虽然有其特定的优势，比如课后教师多以布置习题为主，在这个过程中学生通过记忆对相关基础知识的概念有所加强，而对学生的思维创造能力和独立思考能力的培养不够，束缚了学生的智能发展，缺乏对课程的深度理解。但随着科技发展，新技术的引入使得这种传统的教学模式已经逐渐淡出人们的视野，转向更多的探究性模式[5-8]。新型教学模式致力于融合新科技和优质的课堂教学资源，将学生从传统的以课堂教学和教师为中心发展到与实践相接轨的移动性学习，让学生的潜力无限释放。

其次，机械制造技术不仅仅是对生产实践的总结，更是实践经验的理论总结，是一门以实践为基础的理论课程。但在实际授课过程中仍偏重于教材案例的理论知识介绍，缺乏结合实践环节的案例引导机制，课程内容与工程实际有所脱节，联系不够紧密，缺乏实践性和多样性。课程实验也只包含了一些基础知识点，但在实际生产中广泛应用的部分重要内容未有涉及，限制了学生创新思维能力的发展。比如，航空航天类等零部件要满足在恶劣环境（高压、腐蚀性流体，或-252 ℃低温再到通常超过1 000 ℃的高温）下工作的性能要求，且需要经常在高负载状态下运行，零件表面/亚表面层的任何缺陷，都会直接影响到零件的使用性能，加速零件的失效，这一切都与加工表面质量有着极大的关系。在讲授机械加工质量及其控制这部分内容时，实践环节往往会被忽视，应加入这部分的实践环节，让学生了解常规加工质量表征方法及质量控制策略。此外，实践教学内容较为分散，缺乏紧密联系，目标体系不够清晰，内容之间的衔接性有待加强。以实验课程为例，开设的实验项目主要是为了加深学生对本课程某些知识点的理解和掌握，大多为验证性和操作性的单项实验，而综合性、设计性实验很少涉及。

近年来，现代制造技术突飞猛进，已经取得了众多关键技术的突破，比如我国的芯片制造技术已开始逐步走向独立可控的道路。机械制造技术也正朝着高精度、高性能、极端化、智能化和绿色化方向发展[9]。然而，机械制造技术基础教学内容的制定并没有及时跟上现代制造技术发展的要求，缺乏先进制造技术知识的储备，仍以传统的加工工艺为主，使得学习内容滞后于现代机械制造技术需求的转变，学生普通存在思维定势，不利于学生创新能力的提高。此外，面对知识创新和技术飞速发展的新挑战，打破传统学科之间的壁垒，促进学科交叉融合也已成为推动教育事业进步的重要因素，在知识大融合的时代里，跨学科的融合或将成为课堂教学的一种新型教学模式。通过学科交叉，结合地方产业和社会需求，将密切相关的学科理论知识融合到某一个特定的研究领域中，对产生科学原创性成果将会起到至关重要的作用，而这种原创性成果产出必然依赖于高素质复合型人才。然而，目前机械制造技术基础课程的教学仍然受到教材内容的限制，其中大部分都集中在机械基础知识的讲解上。由于学生缺乏对学科交叉融合的认知，学生的思维依旧停留在传统的车铣刨磨钻工艺上，而缺乏创新精神，无法有效解决面临的新问题、新挑战，更无法取得原创性成果。

二 对机械制造技术基础课程教学新模式转变的思考与探索

经过对机械制造技术基础教学模式当前所面临挑战的深入探究，存在的主要问题有：①授课形式单一，缺乏创新性；②缺乏创新实践的引导机制；③忽略了制造业的转型可能会导致专业领域的需求发生改变；④忽视多学科交叉融合的思维引导。

基于以上问题，为满足应用型大学办学理念，突出实践应用性，对机械制造技术基础课程的教学模式进行探索，科学合理地规划课程内容，突出“有用、够用、实用”，采用形式多样的教学方式，注重培养学生的实践应用能力、专业素养及技术创新能力，以适应当今社会发展的需求，服务于社会。

（一）“启发式-探究式-讨论式”教学模式

首先，面临课程要求不变的前提下课时缩减的挑战，教师在教学过程中要努力调整教学思路与方法，根据教材的内容，做到“精讲”。“精讲”不是减少讲解，而是要改变传统“填鸭式”教学方式，抓住重点，瞄准难点，将有限的课堂教学时间用在“刀刃”上。教师应在关键处对学生实行“精讲”启发式教学指导，通过自己的精讲点拨，激发学生的思维活动，使他们从被动转变为主动，从消极转变为积极。老师也可以根据课程重点内容为学生预设问题情境，该问题具有导向、启迪等特点。学生们在老师设定的问题中寻找答案，学生可以自学，独立地思考、分析和推敲，也可以通过小组交流合作模式进行讨论，当讨论交流偏离主题时，教师应适当点拨，将重点、疑难点和易混点等知识进行精讲，切忌面面俱到，把学生拉回主题。在这个过程中教师要关注学生的全员参与，在学生对相关知识实行归纳总结时，教师应对学生讨论交流过程中提出的有独创见解的问题及解决方案给予肯定和鼓励，以保护学生主动参与的积极性。

例如，刀具几何角度这部分内容属于教学重点和难点。在实际应用中合理地选择几何角度对于提高工件加工质量、延长刀具使用寿命都有重要意义。但因其比较抽象，导致学生对此知识点的接受程度不一样，有的学生甚至出现畏难心理。为了更好地讲授这部分内容，可以通过将课堂移动到实验室的方式，先带领学生观察车刀的切削过程，让学生对刀具有更加直观的认识。其次，教师可以现场采用三维建模软件对车刀进行建模讲解，让学生更加深刻地认识到刀具角度在空间坐标系中的空间位置，提高学生对空间角度的认知。为了更好地学习和掌握刀具的性能，教师可以选择播放一段小视频或展示一张图片，并给学生设下一个悬念和铺垫，比如将前刀面和主后刀面比喻成菜刀的两面，它们相交产生了主切削刃，菜刀刀刃处是不是越薄越锋利？通过改变前角和后角的大小，能否改变刀具的锋利程度？在好奇心的驱使下，激发学生主动思考，让学生以小组的形式参与讨论，每个小组选出一位代表来回答，最后由老师进行点评。通过这种幽默风趣的比喻，深入浅出的方式，不仅能够提高课程的趣味性和学生的积极性，还能深入理解刀具角度的知识点，锻炼学生的协作能力。

在讲授绿色制造技术时，以某厂圆锯片的实际生产过程为例，通过实景照片展示从一块大的钢板到一张质量合格的锯片，需要经历多个工艺流程，比如冲剪、热处理、平面磨等，但是传统的制锯工艺存在着严重的能源浪费、车间环境污染等问题，甚至对工作人员的健康也有负面影响，由此引出发展绿色制造技术的必要性和紧迫性，引导学生思考如何在保证产品功能、质量、成本的前提下，实现高效低碳绿色可持续发展的制造模式。通过这种方式让学生更加积极主动地参与学习活动，培养学生独立思考问题的能力。

“启发-探究-讨论”教学是三种方法的融合运用，以学生为中心，重在课堂教学设计，发挥学生学习的主观能动性，以学生自主性探讨式学习为手段，目的在于教学目标的达成，以期获得较好的教学效果，在无形中使学生由传统的被动学习转变为主动学习。

（二）理实一体化教学模式的优化创新

应用型本科院校的“应用型”既指专业设置要具有产业应用性，还指人才培养要突出实践应用性。以提升教学质量为核心的内涵建设关键要提升学生专业知识的实践应用能力，注重理论与实践的有效结合，促进学生、学校、社会的协同发展。对于机械制造行业来说，其需要在专业理论知识的基础上加以开展，使其能够与理实一体化的实践进行更为有效的结合。因此，首先需要确定合理的教学环节。在整个教学过程中，理论方面可以由教师单独讲解，也可以采用翻转课堂由教师与学生共同参与，增强学生的自主参与感。为深化教学内容，教学实践环节的设置尤为重要，既要相互独立又紧密联系，打破以往按照知识点设置实验，实践环节之间缺乏联系的传统方式。从实际应用方面为着力点统一规划，合理安排实践环节，有计划地开展教学，充分利用学校现有资源，实现教学与实践的有机结合。例如在讲授增材制造技术时，可以将课堂设置在实验室，由实验员辅助教师现场完成一个简单的3D 打印实验项目，教师实地讲解增材制造的基本原理和加工特点。下一个实验项目的设置应与这次实验进行有效衔接，重视不同实验项目在传授知识和技能之间的联系，比如对打印完的工件表面质量进行检测与表征，在分析先进加工技术工艺特点的基础上，将制造质量控制部分内容有机地融合进来，进一步提高学生的综合实践能力。其次，教学过程的过程性考核形式，在整个教学过程结束后，教师需要对学生的学习表现及学习效果进行及时评价，学生也可以对教学环节内容的设置向教师进行有效反馈，实现教学质量的持续改进。

为了进一步促进学生在实践活动中的主导性，提高学生的创造力和理论联系实际的能力，一方面，可以通过设立教学实验室开放基金（项目内容要有创意，利于学生素质、动手能力和创新思维的培养）、大学生课外科技作品立项等实践活动形成正向激励作用；另一方面，积极鼓励学生参加各种机械类与近机械类科技竞赛和撰写小论文，将教学与创新比赛有机地融为一体，以科研成果充实改革创新内容，激发学生的学习兴趣和学习动力，培养学生的自主创新能力和动手实践能力。比如中国“互联网+”大学生创新创业大赛、“挑战杯”科技创业大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛等，学生能够运用机械制造技术基础知识，创新性地完成比赛作品的制作。通过学生竞赛的形式，教师深入讲解课程相关知识点，并引导学生进行有效的思考和质疑，发展学生的创新潜力。在这个过程中学生们不仅能够更好地理解课堂知识，而且还能够将所学知识运用到实践中，从而培养出良好的工程实践能力。

与校内实践活动相比较，校外实践对于学生巩固专业知识更为直接，校企合作也是各类实践活动中与专业学习联系较为紧密的一种实践形式。通过建立校企合作的新机制，真正将理论与实践融为一体，重点培养学生创新实践能力，明确未来学习和研究的方向。比如开展企业项目式实习，在这个过程中让学生参与到企业实际项目中去，以此来加深学生对专业知识的理解，拓宽学生的视野，让学生有更多机会去探索更多的机械制造领域先进知识，从而培养学生解决复杂工程问题的能力和创新精神。团队导师由企业专家和校内导师共同组成，两位导师根据企业的实际情况制定实习课题，旨在培养学生发现、分析、解决问题的能力，同时兼顾创新意识的培养。学生不再是被指定课题，而是根据自己的兴趣选择课题，组建团队，学生根据自己的能力与优势来自行分配任务，以最大程度发挥每个学生的潜力，培养他们的团队协作和执行能力。实习结束后，学生以项目完成人的身份进行专题汇报，一是可以锻炼学生的语言表达能力，二是可以增强学生的自信心。在汇报过程中，导师严格把控汇报质量并给予有效指导，其他学生可以模拟专家点评进行同伴互评，如从专家角度看这份项目汇报内容，你觉得这个项目的完成度如何？学生可以参与到打分、评价、提问互动环节，让每一个学生都成为参与者，而不再是旁观者。最终，通过学生的日常表现、汇报质量、创新性及同伴互评等给出一个综合成绩。

此外，教师还可以定期邀请企业专家学者进入校园开展“实战大讲堂”，从实践者的角度来分享行业领域的实践经验等，让学生对行业及新业态有更多的了解，也搭建起了学生和企业用人单位的桥梁。校企合作模式不仅可以充分利用学校的基础性教学资源，而且可以帮助学生更好地掌握最新的知识，把握市场的最新动态，实现自身的职业发展。作为教师也应不断适应产教融合发展所需，通过企业实训实践，提升自身教育实践能力，不断提高教学水平与双向教育实践能力，改变传统人才教育培养格局，使高校教育与企业有效衔接，推进高校人才高质量培养。就目前而言，所做的工作还停留在校企合作的表层，还没有达到校企深度融合的层面，这种合作方式还需要进一步深化和探究，才能实现真正的“双赢”目标。

（三）项目式多学科交叉培养模式

科技创新是引领社会发展的第一驱动力。在当今时代，社会重大科学技术突破越来越依赖不同学科之间的交叉融合，多学科交叉所形成的综合性、系统性、渗透性知识可以有效解决人类面临的新问题、新挑战，成为取得原创性重大成果的重要途经[10]。如近年来快速发展的智能机器人产业，就是材料、机械、电子和计算机等学科交叉融合的产物。随着传统意义上和学科之间的边界越来越模糊，仅仅依靠传统而单一的学科教育已难以满足复杂的社会需求，容易造成学生知识片面、缺乏创新能力。在多学科交叉融合模式下培养学生掌握科学的思维方式、解决复杂问题的方法及终身学习的能力，是应用型创新人才培养的主要途经。

首先，在课程教学过程中打破原有的按单一学科组织教学内容的方式，提高学科之间的关联度，融入相关学科内容，最大程度地整合各种教学资源和力量，实现课程、教师共享，形成特色专业群。比如从基础的教学实验室到教师的课题组实验室，再到校级实验平台等，根据学习需要均可以开放给本科生，校企合作也可作为补充部分融合到学生的创新实践训练中，充公发挥群组优势，实现资源共享、优势互补、协同创新。其次，为培养学生的专业综合能力，确立基于项目式多学科交叉培养模式，教学内容突破传统专业设置的界限，体现学科交叉的特点。在项目式教学中，教学重点不再是教师对理论知识的讲授，而是学生主动参与的创造实践活动。例如，教师应瞄准具有前瞻性和开创性意义的前沿领域设立项目，提出一些具有交叉思维引导意义的具体项目，并以项目的形式分享给学生。每个项目都设计多个不同学科的交叉融合渗透，在保证课程结构完整性和合理性的基础上，摆脱专业背景的束缚，扩大学习内容和改变学习方式。在统筹项目的过程中，要求学生站在更高的视野，深入了解项目的实际需求，并结合机械制造以外的其他学科，从更宏观的角度来审视项目及其重要性，以系统的思维去探索它所涉及的学科，激发学生的学科交叉思维，养成“上帝视角”思考问题的能力。学生可以在项目中扮演不同角色，如项目“总负责人”提出合理的整体方案，在整个过程中重点关注学生的自主参与性，方案是否最优不是考核重点，旨在培养学生的总体规划能力和创新能力。教师所扮演的角色可以是参与者，也可以是顾问，与学生互动，辅助学生制定出一个完善有效的解决方案。

以增材制造（AM）为例，AM 为高复杂性航空航天组件大批量生产提供了可能，这是传统制造技术无法实现的。通过播放一段精彩视频，提出“航空发动机涡轮叶片的增材制造技术”项目，学生从项目的调研阶段、概念阶段、实施阶段均为主要参与人，进行项目的全面规划。面对这样一个项目，学生要思考几个问题，首先为什么要设计叶片，以及它的作用，采用哪种激光增材制造工艺及它的工作原理（光学）、针对所使用的增材制造工艺应选择什么样的金属材料（材料）、对叶片的外观有什么要求，设计成什么外形最合适（机械设计）、打印出来工件表面如何处理（机械制造）和如何实现打印路径规划（计算机）等。学生根据自己预设的问题开展工作，通过广泛调研阅读文献自主学习，熟悉专业技术要求，了解该项技术国内外发展现状及重要成果等，才能对面临的科学问题有相对清晰的认识。值得注意的是在开展学科交叉背景下学生的多学科交叉思维意识问题的培养方面，项目的制定要有三个特点：项目的前沿性、内容的交叉性、形式的互动性。充分发挥学校各专业教学、各级别科技平台的优势，在不增添额外师资及建设成本的情况下，以较少的经费投入，实现教学资源利用率的最大化，为学生创新实践应用能力的培养提供持续的动力。

三 建立多元化考核评价机制

随着传统机械制造技术课程改革的不断深化，教师以培养高技能应用型人才为目标，探索创新人才培养的多元化教学模式，提高教学质量。传统的考核方式以理论考试为主，导致学生将更多的注意力放在最终的期末考试上，而忽视了对课程知识的实际应用，缺乏实践能力的培养。面对多样化教学模式，构建科学的、多元化的评价体系势在必行。弱化“唯理论成绩”的传统评估模式，强化学生实践能力培养的考核部分，拓宽考核范围，以促进学生综合创新能力的全面发展。整个课程考核体系由平时成绩、理论考试、实践考核三个部分组成，其中平时成绩占30%，理论考试占30%，实践考核占40%；其次，建立过程性考核与结果性考核有机结合的学业考评制度，在每一个实践活动中都要一一记录成绩；最后，改变传统考核以任课教师为主的方式，考核由任课教师、企业导师、学生共同完成，任课教师主要考察学生理论知识应用实践中的掌握情况，企业导师因其独特的身份属性可以从一线人员的角度来评估学生真实的实践能力，将对学生未来职业生涯的规划产生重要作用。学生在实践过程中也可以参与互评，调动学生的主动性和积极性，增强学生学习课程的自信心。最终实现书本知识应用到实践当中，激发学生的学习热情，促进教育评价体系的优化与改革，在社会、专业课程体系和学生创新应用能力的培养之间形成良性循环，提高学生的社会竞争力，为社会发展提供高质量工程技术人才。

四 结束语

机械制造技术基础课程是机械工程专业重要的专业必修课，具有高度的综合性和较强的实践性，仅依靠传统单一的课堂教学模式不利于应用型大学生综合素质的培养。因此，通过课程内容的优化设计、教学方法的多样化融合、实践教学活动的优化创新和多学科交叉融合的培养模式，保证教学内容的先进性，以社会需求为导向，全面提高学生的创新与实践应用能力，使学科专业和学生能力结构与社会需求相适应，为学生将来较好地解决生产实际问题及职业生涯的发展奠定良好基础。